2020年12月23日，中國汽研成功舉辦《2020第三屆新能源汽車測試評價技術(shù)國際論壇》。中國汽研將連續(xù)為大家推送精彩演講實錄，本文為中國汽研新能源汽車中心副主任鄧波帶來的《氫燃料燃料電池電池汽車測試評價技術(shù)探討》。

01 氫氣特性與安全應(yīng)用

氫能是一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效、應(yīng)用場景豐富的二次能源，是推動傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介，是實現(xiàn)交通運輸、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的最佳選擇。國際氫能委員會（Hydrogen Council）預(yù)計，到2050年，氫能將在全球能源中所占比重有望達到18%，同時氫能的應(yīng)用將減少60億噸二氧化碳排放，有效推動能源結(jié)構(gòu)向清潔低碳化的轉(zhuǎn)型。但是氫氣的燃燒范圍廣、點火能量低等物理特性為氫能的應(yīng)用帶來了安全風(fēng)險。

2019年以來發(fā)生多起氫安全事故，事故發(fā)生在儲存、運輸、加注等環(huán)節(jié)，對氫安全問題進行分析后發(fā)現(xiàn)主要是密封設(shè)計標(biāo)準不完善、設(shè)備操作規(guī)范不健全等方面的原因?qū)е铝耸鹿实陌l(fā)生，因此，如何保證用氫安全對氫能的大規(guī)模市場化推廣至關(guān)重要。針對涉氫安全問題，總結(jié)出4點建議：防（部件防爆選型；產(chǎn)品、機組及試驗設(shè)備等正確接地；涉氫環(huán)境入口處設(shè)置靜電釋放設(shè)備；制定試驗安全規(guī)范）、測（對涉氫試驗環(huán)境，綜合濃度檢測方式和探測器測點布置，對室內(nèi)氫氣易泄漏和易聚集區(qū)域進行檢測，并配備相應(yīng)聲光報警器）、排（設(shè)計不同級別氫氣濃度報警功能，同時搭配相應(yīng)強排風(fēng)裝置，在氫氣濃度檢測報警系統(tǒng)不同報警等級下采取相應(yīng)措施）、滅（配置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制的滅火系統(tǒng)；發(fā)生火災(zāi)時，立即切斷電源，組織人員往外撤離，定期檢查操作現(xiàn)場的應(yīng)急裝備）。燃料電池汽車（FCEV）是氫能應(yīng)用的示范窗口與重要載體，所以FCEV的安全測評尤為重要。

02 FCEV整車測試評價

燃料電池汽車作為國家能源戰(zhàn)略的“三縱三橫”之一，與混合動力汽車、純電動汽車存在結(jié)構(gòu)差異，體現(xiàn)在儲能系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、補能方式及電氣系統(tǒng)等方面，因此FCEV需要制定特定的測試方法。FCEV的測試內(nèi)容依然圍繞動力性、經(jīng)濟性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、行駛特性來進行，只是測試方法和評價標(biāo)準與傳統(tǒng)燃油車和純電動車等有所區(qū)別，以下將舉例說明。

經(jīng)濟性測試方面，F(xiàn)CEV除了要測試整車純電模式下的電耗以外，還要對燃料電池啟動情況下的氫耗進行測試，而氫耗測試的方法各不相同，有壓力溫度法、質(zhì)量分析法、質(zhì)量流量法，目前國內(nèi)常用的方法是質(zhì)量流量法，同時對氫耗的測試還要考慮行車工況和環(huán)境的影響。氫氣消耗量分為理論消耗量和實際消耗量，兩者的比值反映了電堆的燃料反應(yīng)效率，燃料反應(yīng)效率越高，說明燃料電池的氫氣尾氣排放量越少，才能保障氫氣的安全排放。氫氣排放量測試，氫氣排放標(biāo)準要求3秒內(nèi)的氫氣尾排濃度平均值不能超過4%，瞬時最高值不能超過8%，另外，氫氣排放量測試需要考慮做氣水分離，這樣可以保障氫氣排放測試精度。氫氣排放既反映了燃料電池汽車的經(jīng)濟性，也關(guān)系到整車安全性。

安全性測試方面，燃料電池汽車車載氫系統(tǒng)的安全是大家關(guān)注的重點，以前大家都關(guān)注車載氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強度安全，也就是耐高壓測試，實際上在真正使用過程中，電堆的返潮會腐蝕車載氫系統(tǒng)從而導(dǎo)致漏氣，所以在車載氫系統(tǒng)的測試中，還需考慮車輛使用過程中的結(jié)構(gòu)可靠性。除了腐蝕性外，車載氫系統(tǒng)的碰撞安全值得重視，我國燃料電池汽車的推廣主要以客車、重卡等商用車為主，歷年來，重型車導(dǎo)致的交通事故雖然少，但是產(chǎn)生的損失占比卻最高，通過側(cè)翻試驗，檢測車載氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全性，為車輛碰撞安全設(shè)計提供參考。

在低溫條件下，燃料電池電堆內(nèi)部殘留水凝結(jié)會阻礙氣液傳輸，同時膜電極凍結(jié)也會破壞電池內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，既影響壽命又影響性能。在關(guān)注零部件冷啟動的同時，也應(yīng)關(guān)注在整車冷起動的過程中，起動時間、能耗及怠速氫排等重要指標(biāo)。

燃料電池的行駛特性包括噪聲、制動性能、平順性、操作穩(wěn)定性及可靠性。以噪聲測試為例，人們普遍認為燃料電池汽車是低噪聲的，但實際運行中，由于空壓機的使用，會造成90分貝以上的噪音，所以FCEV的NVH測試也至關(guān)重要。

綜上，燃料電池整車測評體系需要考慮低溫、高濕、極端氣候等，燃料電池汽車碰撞安全及設(shè)計需要涉及多向碰撞及響應(yīng)、力學(xué)仿真與分析、泄壓及安全等。

03 國氫中心核心能力

2019年7月，國家市場監(jiān)督管理總局批復(fù)中國汽研籌建國內(nèi)首個“國家氫能動力質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”。國檢中心擬在重慶市兩江新區(qū)魚復(fù)工業(yè)開發(fā)區(qū)投資建設(shè)，總投資5億元，占地190畝，規(guī)劃建設(shè)氫能輔件試驗室、燃料電池試驗室、氫能整車試驗室、動力總成試驗室、電機電池試驗室等。旨在通過質(zhì)檢來防護氫能應(yīng)用過程中的安全風(fēng)險，做到“質(zhì)檢保安全，安全促發(fā)展”。

針對燃料電池汽車測試的獨特性，中國汽研結(jié)合多年整車檢驗檢測的經(jīng)驗，布局了燃料電池汽車的實驗室能力。建立覆蓋氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的檢測服務(wù)平臺（包含氫氣到整車的各個環(huán)節(jié)），對氫能產(chǎn)品進行檢測認證，加強氫能產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量管理、保障產(chǎn)業(yè)發(fā)展安全、提高氫能產(chǎn)業(yè)市場效率。

典型實驗案例簡介：乘用車動力性、經(jīng)濟性試驗：依托國家重點專項課題，編寫燃料電池乘用車動力性和經(jīng)濟性測評規(guī)程，已完成某車企增程式燃料電池乘用車的動力性和經(jīng)濟性測試；乘用車低溫冷啟動性能試驗：完成燃料電池乘用車低溫冷啟動測評規(guī)程編制，分發(fā)動機低溫啟動試驗和車輛起步試驗，完成某車企增程式燃料電池乘用車-30℃冷啟動試驗，系國內(nèi)首次成功啟動案例；燃料電池大巴百公里氫氣消耗量性能試驗：中國汽研帶環(huán)境艙的重型轉(zhuǎn)鼓系國內(nèi)唯一涉氫重型轉(zhuǎn)鼓，已完成燃料電池大巴在中國典型城市工況、郊區(qū)工況和綜合工況下的百公里氫氣消耗量的測定。

設(shè)備開發(fā)進展及合作方向：通過國家項目及校企合作，已完成燃料電池發(fā)動機、燃料電池電堆、燃料電池用空壓機、燃料電池用氫氣循環(huán)泵等測試裝備定制化開發(fā)，后續(xù)將以此為依托，向燃料電池生產(chǎn)過程質(zhì)量控制設(shè)備延伸拓展。

技術(shù)研究建立測試評價體系：中國汽研作為課題牽頭單位先后承擔(dān)了5.8及1.6國家氫能重大專項，通過國家課題聯(lián)合共研等方式，進行燃料電池整車及關(guān)鍵零部件測試評價技術(shù)的研究和評價體系的建設(shè)，推動氫能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

質(zhì)檢作為產(chǎn)、學(xué)、研、檢、用五個環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，起著承上啟下的作用。中國汽研從以下幾個方面支持燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展：支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展：通過建立氫能動力全流程的測試能力體系，實現(xiàn)氫能產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈檢測；完善標(biāo)準體系：承接應(yīng)用端，結(jié)合測試驗證，推動氫能標(biāo)準體系從產(chǎn)業(yè)前端往產(chǎn)業(yè)后端延伸；維護市場秩序：公正質(zhì)檢，聚焦安全，嚴把質(zhì)量關(guān)，扶優(yōu)限劣，規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展秩序。

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